Understanding Mode of Action of Nanoparticles in Water Disinfection: ZnO in Bacteria Killing vs. Complete Photo-degradation

dc.contributor.advisorDr. Majdi Dwikat
dc.contributor.advisorDr. Samar Al-Shakhshir
dc.contributor.authorJumana Fayez Mohammad Ishtaiwa
dc.date.accessioned2017-05-03T09:32:17Z
dc.date.available2017-05-03T09:32:17Z
dc.date.issued2013
dc.description.abstractZnO nanoparticles have been considered to possess potential biological application as efficient antimicrobial agent. In this work, ZnO semiconductor particles were used to disinfect water from bacteria by photo-degrading it with solar sun light. The catalyst 0.1 g was added to 50 mL distilled water pre-contaminated with bacteria. Four different water beakers were prepared each one has 50 mL of ~5 x 105 cfu/mL of bacteria. The solutions were magnetically stirred in a 100 mL glass beaker. The first beaker was exposed to the light source for 60 minutes at 30 °C. In the second one, ZnO nano-catalyst was used in the dark to know if it affects bacteria growth. The third sample was also exposed to light without addition of catalyst to examine light effect on bacteria degradation. The fourth beaker was prepared without catalyst under dark condition. ZnO is known to kill bacteria in the dark, without totally degrading it into mineral species. This has been confirmed in this work, as ZnO nanoparticles killed the bacteria in the dark and the organic contents remained therein. It may also photo-catalyze removal of bacteria under light irradiation. This study aims at investigating mode of action of ZnO nanoparticles in disinfecting water. It is assumed that ZnO nanoparticles would totally degrade Escherichia coli and Pseudomonas aeruginosa under light and convert it into CO2 gas and other minerals. This work showed evidence in this activity, and the bacteria were totally degraded into mineral species. Results of E. coli degradation showed 100 % activity. In the dark, using ZnO nanoparticles, there was some decline in bacteria concentration 20.21%. Under sun light using ZnO nanoparticles, 100% loss of E. coli concentration was observed. These results proved that the activity of catalyst in light conditions better than under dark condition. TOC analysis showed that the concentration of TOC is very low 7.27 ppm for E. coli experiment after using ZnO nanoparticles under sun light condition. This concentration of carbon led to the conclusion that the catalyst and the sun light killed and degraded E. coli. ZnO nanoparticles killed P. aeruginosa under solar sun light 100 %. In the dark condition, the ZnO nanoparticles catalyst killed 50% of bacteria, this result indicates that the activity of the catalyst under sun light condition was better than under dark condition. In P. aeruginosa experiments, the concentration of TOC was very low when the catalyst was used under sun light (8.8 ppm). This result proved that the catalyst has great activity under sun light to kill and degrade P. aeruginosa to gases and other minerals. On the other hand, the concentration of TOC was increased when the catalyst was used without sun light (36.2 ppm). Some factors affecting photo-degradation reaction of P. aeruginosa and catalyst efficiency, such as illumination time, temperature, pH, catalyst amount and bacteria concentration, were studied; All such factors had no effect on P. aeruginosa degradation. This shows the wide applicability of the method described there for water disinfection. The study comes out with an important recommendation that "ZnO nanoparticles can be used as a photo-catalyst for complete mineralization of E. coli and P. aeruginosa under light in different working conditions". More investigations in this direction are therefore needed.en
dc.description.abstractتتعرض المياه لملوثات مختلفة منها الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية والتي تعرض مستخدميها إلى أمراض وأعراض ربما تكون خطرة، وقد تمت معاجلة المياه بأشكال مختلفة والتركيز على مياه الشرب بشكل خاص، أما من حيث الملوثات البيولوجية التي تشكل خطورة واضحة على مستخدمي المياه والتي تتمثل بالبكتيريا بشكل كبير والتي عولجت بأشكال مختلفة، ولكن الكثير من طرق المعالجة هذه يترتب عليها آثار جانبية خطيرة. أما الحفاز المستخدم في هذه الدراسة، وهو أول أكسيد الزنك (ZnO) الذي يتمتع بصفات زادت من أهميته من حيث عدم سميته وفعاليته وتواجده بشكل يسير وسهولة التخلص منه، جعلته محط أنظار الدارسين، في هذه الرسالة درس أثر الجزيئات النانوية من (ZnO) على البكتيريا المتواجدة في المياه حيث استخدم ضوء الشمس الذي يحتوي على قدر كاف من الأشعة الفوق بنفسجية لقتل وتحطيم هذه البكتيريا وتحليلها بشكل كامل الى غازات متصاعدة مثل (CO2). حيث أثبتت الدراسة أنه بالإمكان تطهير المياه بشكل كبير ونهائي من ملوثاتها البيولوجية بهذه الطريقة، حيث وصلت درجة التحطيم الى 100 %. كما ودرست بعض العوامل على معالجة الحفز مثل مدة التعريض لضوء الشمس ودرجة الحرارة وتركيز الملوث ، وكمية الحفاز ودرجة الحموضة، حيث لم يظهر أي تأثير لهذه العوامل في تحطيم الحفاز للبكتيريا وكانت نسبة التحطيم غالبا 100 % في معظم التجارب بوجود الحفاز وضوء الشمس ، مما زاد هذا الحفاز الضوئي أهميه وسهولة في الإستخدام. كما وأجريت تجارب على نوعين من البكتيريا وهما على التوالي P.aeruginosa و E.coli، حيث أظهرت النتائج القتل والتحطيم لكلتيهما بنسبة 100 % بوجود الحفاز وضوء الشمس ( المحتوي على الأشعة الفوق بنفسجية، أما بغياب ضوء الشمس كان هناك تباين بنسبة التحطيم، حيث كانت بنسبة 50 % لل P. aeruginosa و20.21% لل E.coli ; مما يدل على فعالية الحفاز على بكتيريا P. aeruginosa بشكل أكبر من E.coli في الظروف المعتمة. وأثبتت هذه الدراسة ايضا، بعد تحليل كمية الكربون في المحلول البكتيري بعد معالجته أن الحفاز لا يقتل البكتيريا فحسب، بل يحللها بوجود الأشعة الفوق بنفسجية، الى غازات متطايرة تخرج من المحلول مما يترك المياه معقمة، ونظيفة بنسبة عالية، حيث لا تحتاج الى عمليات فلترة أخرى.ar
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.11888/8496
dc.titleUnderstanding Mode of Action of Nanoparticles in Water Disinfection: ZnO in Bacteria Killing vs. Complete Photo-degradationen
dc.titleفهم دور الحبيبات النانوية في تطهير المياه: قتل البكتيريا مقابل تحطيمها الضوئي الكلي بواسطة ZnOar
dc.typeThesis
Files
Original bundle
Now showing 1 - 1 of 1
Loading...
Thumbnail Image
Name:
Jumana Ishtaiwa.pdf
Size:
1.7 MB
Format:
Adobe Portable Document Format
Description:
Collections